苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究人员细致入微地分析了一种掠食性海洋细菌所拥有的不同寻常的武器库。也许有一天，这些武器也可以用于医学。
上图：o的低温电子层析图（左）和三维模型（右）
猎食细菌的船上大炮。（图片来源：Yun-Wei Lien / ETH Zurich）
苏黎世联邦理工学院的研究人员正在揭示掠食性细菌金黄色菌的两种以前未被探索的武器的结构和功能。
它们的武器是一个分子抓钩，奥瑞斯皮拉用它来捕捉猎物，还有一个装有弹簧的大炮，用来杀死猎物。
利用这种掠食性细菌来对抗藻类繁殖或将有效成分输送到个体体细胞中是可能的。
无数的细菌以浩瀚的海洋为家，它们都面临着同样的问题：它们生长和繁殖所需的营养物质稀缺，而且在它们周围的水域中分布不均。在一些地方，它们大量存在，但在许多地方，它们严重缺乏。这导致一些细菌发展成为高效的猎人，以其他微生物的形式挖掘新的食物来源。
尽管这一策略非常成功，但迄今为止，研究人员只发现了几种掠食性细菌。一种是土壤细菌黄粘球菌；另一种是吸血球菌，它像吸血鬼一样把猎物吸干。
在一项新的研究中，由生物系教授Martin Pilhofer领导的苏黎世联邦理工学院的研究人员，以及他的同事Yun-Wei Lien和Gregor Weiss，现在提出了另一种罕见的细菌捕食者：丝状海洋细菌Aureispira。
在研究人员在Aureispira中发现的分子结构中，有一些类似于抓钩，具有类似的功能。这种细菌也有一种螺栓枪，用来杀死猎物。
从细胞到分子尺度的抓钩结构。（图片来源：Yun-Wei Lien / ETH Zurich）
就像海盗船寻找潜在的受害者一样，金黄色葡萄球菌在固体表面上迅速滑行，冲向它的猎物，比如弧菌。如果攻击者自己自由漂浮在水中，它会等待猎物靠近。一旦有近距离接触，抓钩就会与受害者的鞭毛纠缠在一起，它再也无法逃脱。
在几秒钟内，Aureispira发射它的机载大炮，在弧菌的膜上打洞。通过与联邦理工学院罗曼·斯托克教授的实验室合作，研究人员能够证明，从受害者体内泄漏出来的细胞成分很快就会被捕食者作为食物吸收。“整个场景就像海盗袭击另一艘船，”Pilhofer笑着说。
只有当环境中的营养物质浓度较低时，金黄色葡萄球菌才会成为掠食性动物。只要营养供应充足，海盗细菌就不会捕捉猎物，并放下武器。然而，让细菌节食会唤醒它捕食的欲望，并导致细胞重建大炮和抓钩。科学家称这种选择性掠食性生活方式为异食性。与维也纳大学的马丁·波尔兹（Martin Polz）的研究小组一起，研究人员还找到了证据，证明这种掠食性的生活方式不仅发生在实验室里，而且实际上发生在海洋样本中。
这张图显示了金丝皮拉的捕猎过程，从捕获到杀死猎物。(图式：源自连云伟等。科学,2024)
研究人员使用了几种成像技术，包括光学显微镜和低温电子显微镜，来了解爪钩和大炮的功能和分子结构。
这种方法使得保存和分析没有人工制品的分子结构和它们的细胞环境成为可能。有了这种方法的改进版，甚至可以确定构成细菌武器的蛋白质的分子结构。Weiss说：“所有这些成像技术都可以在苏黎世联邦理工学院的ScopeM能力中心获得，这使得这项研究成为可能。”
这些发现有什么好处？“首先，这是由我们的好奇心驱动的基础研究，”Pilhofer说。他和他的同事韦斯已经花了十年的时间来阐明收缩注射系统——这是海盗细菌的机载大炮的名字。
在其他掠食性细菌中，收缩注射系统也经常装载毒素以立即杀死猎物。可以想象，在分子机器的帮助下，这种细菌螺栓枪可以装载有效成分注射到单个细胞中。
已知某些掠食性细菌以蓝藻或蓝绿藻为食。这意味着它们可以用来对抗藻华或阻止弧菌的大规模繁殖。“这些细菌捕食者在它们所做的事情上非常有效率，”Weiss说。
李彦伟，李建平，李建平，许军，古泽刚，李建平，李建平，李建平，李建平，李建平。科学，2024年10月17日。DOI：外部页10.1126/science.adp0614
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